ÁTTÉRÉS A VONALKÓD RENDSZEREKRŐL AZ RFID RA Radványi Tibor, Biró Csaba, Takács Péter, Szigetváry Péter {dream, birocs, takip, szigipet}@aries.ektf.hu Eszterházy Károly Főiskola Matematikai és Informatikai Intézet Absztrakt Ebben az előadásban szeretnénk bemutatni, hogy az elmúlt időszak egyik legjobban elterjedt azonosító rendszerét, a vonalkódot le lehet e cserélni egy RFID rendszerre. Az elmúlt 20 évben Magyarországon is széles körben elterjedtek az 1 és a 2 dimenziós vonalkódos azonosításon alapuló rendszerek. A logisztikai folyamatoktól, a kereskedelmi termékazonosításig az élet minden területén megtalálhatóak. A rádiófrekvenciás azonosítás egy ismert technológia, melynek a fenti területeken való felhasználása még most kezdett teret hódítani. A vizsgálatunk célja annak a felderítése, hogy meglévő rendszerek esetén lehete gazdaságosan leváltani a régi rendszert. Kulcsszavak: RFID, 1D, 2D vonalkód, automatikus azonosítás CONVERSION FROM THE BAR CODE TO THE RFID SYSTEM Radványi Tibor, Biró Csaba, Takács Péter, Szigetváry Péter {dream, birocs, takip, szigipet}@aries.ektf.hu Eszterházy Károly College Institute of Mathematics and Informatics Abstract In this presentation, we would like to show that is it possible to change one of the most widespread identification system of the past period to an RFID system. In the past 20 years the systems, which are based on 1 and 2 dimension barcode identification, are also widespread in Hungary. They can be found in all walks of life, from logistic processes to commercial product identification. The radio frequency identification is a known technology which use in the above areas has just started to gain ground. The aim of our
examination is to explore that if existing systems can be economically replacing the old system Keywords: RFID, 1D, 2D barcode, automatic identification Bevezetés Mára mindennapi életük szerves részévé vált az automatikus azonosítás. Cikkünkben két automatizált azonosításra alkalmazott elterjedt technológiát fogunk összehasonlítani: az egy és két dimenziós vonalkódokat (1D, 2D barcode) és a rádiófrekvenciás azonosítást (RFID). Összevetjük előnyeiket, hátrányaikat, vizsgáljuk felhasználási és alkalmazási területeiket hatékonyság, költségtakarékosság, és továbbfejleszthetőség szempontjából. Végezetül véleményezzük a vonalkód technika RFID azonosítással való leválthatóságát az összehasonlítások alapján. Természetesen az automatizált azonosítás és adatfeldolgozás (AIDC: Automated Identification and Data Capture) a két vizsgált megoldáson kívül további technológiákat is magába foglal, a biometrikus (ujjlenyomat, retina/arc/hang felismerés, stb.) azonosítástól a mágneskártyákon át, egészen az optikai karakterfelismerésig (OCR: Optical Character Recognition). A vonalkódok A megvalósítás optikai elven visszaolvasható adattárolási megoldás, mely termékazonosításra, és logisztikai nyomon követésre hatalmas elterjedtséggel rendelkezik. A kezdeti megoldások egy dimenzió mentén (lineárisan) elhelyezett jelekkel határozták meg a tárolandó adatot, ahol is a jelek szeparálhatóságát és felismerésüket, valamint visszaolvasásukat lehetővé tevő ábrázolását bináris jeleknek megfeleltethető függőleges vonalakkal fejezték ki. Ez a későbbiekben pöttyökkel, háromszögekkel, téglalapokkal két dimenziós területre is kiterjesztették a tárolt adatmennyiség növelése érdekében és a kódolás hibatűrőbb megvalósításait megcélozva. A visszaolvasás automatizált, gép által történő megvalósítására a legkorábbi
megoldások konstans megvilágítást, és egy egyszerű fotószenzorral az adatot tároló felület felett való elhaladását ( lehúzását ) jelentette, hogy a diszkrét jeleket értelmezni lehessen. A technikai fejlődés természetesen egyre újabb megoldásokat is elérhetővé tesz, mint például a koherens fénysugár (laser) és az egyre nagyobb hatásfokú fényérzékelő szenzorok alkalmazása is az olvasás távolságát, pontosságát és részletességét növelő faktorként jelentkezett. Természetesen a technológia ezen tulajdonságai az előállítási, felhasználási, és alkalmazási területek anyagi és gyakorlati vonatkozásait is befolyásolta. Mind a fizikai jellemzők (adattároló felület, jelek felvitelére felhasznált eszközök és anyagok, olvasó eszközök és kialakításuk), mind az elméleti tulajdonságok (tárolt adatmennyiség, kódolás, hibajelző és korrigáló algoritmusok alkalmazása a létrehozás és a visszaolvasás folyamata során) szerepet játszanak ennek a technológiának a széleskörű elterjedtségében, illetve a felhasználási területek szerteágazó változatosságában. Egy dimenziós vonalkódok A legelterjedtebb, leggyakrabban a köztudatba került megvalósítások az egy dimenziós vonalkódok esetén az UPC (Universal Product Code), illetve az EAN13 (European Article Number, újabban International Article Number) kódolás említhető. Ezekkel találkozhatunk a mindennapokban is szinte bármely pénztári fizetés esetén. Legegyszerűbb átmenetet az egy és két dimenziós vonalkódok között a CodaBlock megvalósítása jelenti, egyszerűen több sorba rendezve nagyobb adatmennyiség vált leírhatóvá némi kiterjedésbeli növekedés eredményeként. Két dimenziós vonalkódok, kódmátrixok Az ilyen felhasználás már persze jóval nagyobb információ tárolását teszi lehetővé. Gyakran találkozhatunk QR Code, vagy High Capacity Color Barcode megvalósításokkal, de ezek mellett rengeteg különböző kialakítású implementáció létezik még. [10,11]
Sajátos tulajdonságok, melyek helyzettől függően előnyök és hátrányok A felhasználhatóság szempontjából az adattárolást megvalósító vonalkódok alacsony előállítási költsége, és a leolvasást végző eszközök technikai egyszerűsége párba állítható az előnyhátrány spektrum másik végén lévő leolvasás ráláthatósági kritériumával, és a leolvasás korlátos távolságával. A tárolt adatok sérülésekkel szembeni ellenállóságára jó példa a főleg 2D kódmátrixok esetén alkalmazott ReedSolomon [4][5] hibajavító algoritmus alkalmazása. Viszont pont az adathordozók elkészítésének olcsósága és a rálátás kívánalma miatt a termék külsejére elhelyezett vonalkód érzékeny a rongálásra, másolásra, illetve a szándékos cserére. Helyzettől függően lehet előny és hátrány is, hogy az egyszerűbb 1D vonalkódok ember által is leolvashatóak szükség esetén. A leolvasók egyszerűsége lehetővé teszi mind a hordozható, mind a pozícionáltan elhelyezett felhasználást, de a mobiltelefonok kameráját felhasználó lehetőségek újabb löketet adtak ezen azonosító technika új szerepben való felhasználására. Tulajdonképpen nem sok információ tárolására van lehetőségünk, elsősorban azonosító számsorok tárolása a felhasználási cél, de bizonyos megoldásokkal akár szöveges adattartalom is kódolható. Az RFID A rádiófrekvenciás azonosítás legkorábbi felhasználása a második világháborúban a légierők bevetésen lévő járműveinek megkülönböztetésére (IFF transponder: Identification, Friend or Foe) szolgált, a rádió lokátorok (radar: RAdio Detection And Ranging) távolságot és/vagy irányt érzékelni képes lehetőségeit a felismerés képességével kiegészítő megoldásként. [1,2,3] Ez a technológia az adatcserére rádióhullámokat használ, tehát ezen megoldások már mindenképp elektronikus eszközöket igényelnek a rádiójelek adására és fogadására. Itt a megvalósítások között egy érdekes megkülönböztetést tehetünk, az adathordozó részekkel (címkék, tagek) kapcsolatban, mivel ezek az úgy nevezett tagek energiaellátásuk alapján két csoportba sorolhatóak, a saját energiaforrással ellátott (ezáltal komplexebb
felépítéssel, összetettebb számítási kapacitással is rendelkezhet) aktív tagek, és a leolvasás rádióhullámaiból energiát nyerő, erre aktiválódó passzív tagek. Mivel a rádiófrekvencia alkalmazása a rálátást már nem várja el, illetve az energiaellátás feltételében relatív nagyobb távolságból történő leolvasások is végrehajthatóak, a másik technológia bizonyos korlátait mintha feloldaná, bár ugye itt is helyzetfüggő, adott megvalósítás mint alternatíva, vagy mint előrehaladást jelentő, egyfajta következő verzió jelleggel jelentkezik. [8,9] Az elektronikus tárolásból, és az adattovábbítás digitális értelmezéséből kifolyólag teljesen más jellegű előnyök és hátrányok társíthatóak az ilyen megvalósítású automatizált azonosítási lehetőségekhez. Egy leolvasási művelet, mivel a rádiófrekvenciás jeladás területre hat, több tag visszajelzését is eredményezheti, ami nézőpont kérdése, hogy gyorsabb munkavégzést, vagy feloldandó ütközési problémákat jelképez. A környezeti hatások is más jellegű akadályokként jelentkezhetnek, a továbbított jelet eltérítheti, felerősítheti, zavarhatja, vagy egyáltalán elfojthatja a közeg, amin keresztül a jeleknek vándorolnia kell. Ne feledjük, más eszközök is a rádiófrekvenciás jeltovábbítást alkalmazzák, adott esetben ezek nem várt problémákat jelenthetnek. Az azonosító adatok összetettsége, a tárolt információmennyiség relatív nagysága, a biztonságos adattovábbítás érdekében esetlegesen alkalmazott titkosítási megoldások eredményeként többféle kialakításban beszélhetünk azonosításról. Alkalmazhatjuk pusztán megkülönböztető jelekként, mint rövid IDk, melyeket a leolvasás után esetlegesen további helyekről (pl. hálózati adatbázisok) összeszedve egészítünk ki a beazonosított entitás további tulajdonságaival, sajátosságaival. Felhasználhatjuk rövid információk, területet/helyet/jelenséget/szituációt leíró kulcsszavak, kifejezések, frázisok tárolására. És külön érdekességet jelent az a megvalósítás, amikor is a tag nem csak statikus információt képes visszaszolgáltatni egyegy leolvasási kérésre válaszul, hanem amikor külön érzékelők, speciális szenzorok által a külvilág, vagy belső állapot dinamikusan változó sajátosságait is le tudja
jelenteni, a szimpla azonosításon felül, azt kiegészítve, aktuális, vagy visszakereshető mért adatok szolgáltatásával. Ezen felhasználások extrém kialakítását jelenti már, amikor is több, ilyen érző jeladó egyfajta hálózatba rendezve nem csak diszkrét pontokon mért egyedi adatokat, hanem ezek halmazának összefüggéseire is rámutató, többlet (meta) adatokat is képez. [6][7] A költségek, összehasonlítások Fontos bizonyos szempontokat rögzíteni, ami szerint értékelni tudjuk az azonosítási módszereket. Természetesen mindig egy adott helyzet, egy adott feladat konkrét megoldásánál kell eldönteni, kiszámolni, hogy éppen melyik módszer lesz a legoptimálisabb. Ezeket a lehetséges szempontokat foglaljuk össze itt: 1. táblázat, Azonosítási módszerek összehasonlítása Szempont Barcode RFID 1D 2D passzív aktív közvetlen rálátás 1 szükségessége Igen Igen Nem Nem 2 egyenkénti olvasás Igen Igen Nem Nem a címkében tárolt 3 adatmennyiség ~100 kar ~5000 kar ~kb ~10 kb passzív, csak 4 olvasható adat Igen Igen Nem Nem 5 adatváltoztatás lehetősége Nem Nem Igen Igen adatgyűjtés a 6 környezetből Nem Nem Nem Igen 7 a címke ára Pici Pici közepes magas 8 író/olvasó eszköz ára ~10eFt ~10eFt ~100eFt ~100eFt külső fizikai hatás akár akár kicsit kicsit tűrése nagyon is nagyon is 9 10 újrafelhasználhatóság Nem Nem Igen Igen 11 energiaforrás szükségessége Nem Nem Nem Igen
kapcsolás ERP 12 rendszerekhez Igen Igen Igen Igen 13 sérülékenység Igen Igen változó változó a használat során szükséges emberi sok sok kicsi kicsi 14 munkaidő Néhány megjegyzést kell tenni egyes szempontokhoz. A 4. pontban a passzív adat azt jelenti, hogy nem tudjuk megváltoztatni az egyszer már tárolt adatot, nem tudunk pl egy timestampet hozzáfűzni, jelezve a leolvasás tényét. Ezek az RFID tageknél megvalósíthatóak. A 6. pontban a környezetből gyűjtött adat elsősorban a szenzorrfid tagekre vonatkozik. Ezek hőmérsékleti, nyomás, páratartalom stb. adatokat képesek gyűjteni, akár meghatározott időintervallumokként, és tárolni. A kiolvasás egy RFID tag leolvasási folyamat során történhet meg. A 7. pontban a címke ára az RFID esetében széles skálán mozoghat, 100 Fttól egészen a 10 000 Ftos nagyságrendig. A 10 pontban az újrafelhasználhatóság a papír alapú címkékre nem igaz, hiszen ezek általában felragasztásra kerülnek, és eltávolításkor sérülhetnek. A hardtagek újrafelhasználhatósága viszont sokszori lehet. A 11. pontban az aktív tagek működéséhez belső energiaforrás, vagy egy megvalósított energiagyűjtő integrálása szükséges. Összefoglalás Összegzés képen elmondhatjuk, hogy egy rendszer bevezetésekor nagyon sok szempontot érdemes szem előtt tartani, és elemezni. Amennyiben fontos az adatbiztonság, a sebesség, nagymennyiségű azonosító adat pontos leolvasása, az emberi hibázási lehetőségek minimalizálása, akkor az RFID technológia választása jó irány. Hosszú távon az adatpontosság és a munkaerő hatékonyabb kihasználása miatt gazdaságilag is kifizetődőbb lehet, mint a vonalkód technológia. Egy új rendszer kialakításánál a kezdeti beruházási költségek magasabbak lehetnek az RFID rendszereknél. Magasabbak az író/olvasó eszközök, a címkék, az integrációs interfaceek költségei a vonalkódhoz képest. A feladat
specifikálása ismeretében jobban át kell gondolni, hogy melyik frekvenciatartományban működő RFID eszközöket szeretnénk használni (LF, HF, UHF, Mikro). ezek nagyban befolyásolják a gazdasági számításokat is, de a használhatóságot, a megbízhatóságot. A vonalkódos rendszereknél az 1D és 2D vonalkódok használatában nincs jelentős különbség. Sem eszközparkban, sem előállítási költségben. Természetesen, amennyiben nagyobb mennyiségű adatot (~5000 karakter) szeretnénk a címkén tárolni, akkor a 2D vonalkód a jó választás. Arra a kérdésre, hogy egy létező és már működő vonalkód azonosításon alapuló rendszert érdemese, megérie RFID rendszerrel helyettesíteni, nem lehet egyértelmű, recept szerű választ adni. Nagyon feladat specifikus, és minden feladat más és más optimális megoldást kíván. Amennyiben a felhasznált tagek nagy része az azonosítási folyamat, a követési ciklus végén visszanyerhető, újra felhasználható (pl. egy termék gyártási folyamat végén, a késztermék raktárban), akkor nagy eséllyel lehet időben, megbízhatóságban és gazdaságilag optimálisabb rendszert alkotni az RFID eszközökkel. Hivatkozott források 1. Klaus Finkenzeller: RFID HANDBOOK Fundamentals and applications in contactless smart cards, radio frequency identification and nearfield communication, third edition, WILEY, ISBN: 9780 470695067 2. Qinghan Xiao1 Thomas Gibbons Hervé Lebrun: RFID Technology, Security Vulnerabilities, and Countermeasures 3. EPCglobal Inc.: Class1 Generation2 UHF RFID Conformance Requirements Specification v. 1.0.2. (2005). 4. Guruswami, Venkatesan, and Madhu Sudan. "Improved decoding of ReedSolomon and algebraicgeometric codes." In Foundations of Computer Science, 1998. Proceedings. 39th Annual Symposium on, pp. 2837. IEEE, 1998. 5. Koetter, Ralf, and Alexander Vardy. "Algebraic softdecision decoding of ReedSolomon codes." Information Theory, IEEE Transactions on 49, no. 11 (2003): 28092825.
6. Zivkovic, Miodrag, Ranko Popovic, and Tamara Tanaskovic. "The survey of commercially available sensor platforms from energy efficiency aspect." In Telecommunications Forum (TELFOR), 2012 20th, pp. 15281531. IEEE, 2012. 7. Tounsi, Wiem, Nora CuppensBoulahia, Joaquin GarciaAlfaro, Yannick Chevalier, and Frédéric Cuppens. "KEDGEN2: A key establishment and derivation protocol for EPC Gen2 RFID systems." Journal of Network and Computer Applications (2013). 8. Dr. Imre Sándor, Kis Zoltán, Molnár László, Pogátsa Attila, Schulcz Róbert, Tóth Gábor 2006. RFID rendszerek vizsgálata felhasználás és technológia szempontjából. 9. Marinos Argyrou, Matt Calder, Arsham Farshad and Mahesh K. Marina, Understanding Energy Consumption of UHF RFID Readers for Mobile Phone Sensing Applications 10. Gao, Jerry, Vijay Kulkarni, Himanshu Ranavat, Lee Chang, and Hsing Mei. "A 2D barcodebased mobile payment system." In Multimedia and Ubiquitous Engineering, 2009. MUE'09. Third International Conference on, pp. 320329. IEEE, 2009. 11. Chang, FengLin. "System and method for information retrieval with barcode using digital image capture devices." U.S. Patent Application 11/350,030, filed February 9, 2006. A kutatás az Európai Unió és Magyarország támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával a TÁMOP 4.2.4.A/21112010001 azonosító számú "Nemzeti Kiválóság Program Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program" című kiemelt projekt keretei között valósult meg. Szerzők Dr. Radványi Tibor Főiskolai docens, dream@aries.ektf.hu Biró Csaba Tanársegéd, birocs@aries.ektf.hu Takács Péter Számítástechnikus, takip@aries.ektf.hu Szigetváry Péter Kari informatikus, szigipet@aries.ektf.hu Eszterházy Károly Főiskola